复合土工膜力学特性及施工工艺试验

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1、复合土工膜力学特性及施工工艺试验-宝珠寺水电站二期上游围堰应用复合土工膜防渗研究报告之二1 1 概述概述 根据宝珠寺水电站二期上游围堰应用土工膜防渗研究报告之 一的结论,宝珠寺水电站二期上游围堰拟选用保护型复合土工 膜.PVC主膜厚0.5mm,上层为200g/m2土工织物，下层为300g/m2 土工织物共三层组成，土工膜铺在堰体上游面。但由于复合土 工膜不是定型产品,购这种规格的复合土工膜有困难。从1990 年6月到10月联系多处厂家均不生产上述规格的复合土工膜,只 好对能购到的甲、乙、丙三种复合土工膜进行比较选择，其中 甲型膜为PVC主膜厚0.8mm两制土工织物均为300g/m2。根据三 种

2、复合土工膜的强度试验结果并考虑到华源水利水电工程咨询 公司的咨询意见p决定采用无锡塑料制品厂生产的甲型复合土 工膜进行力学特性试验及现场工艺试验研究。 根据我们提出的复合土工膜力学特性试验要求,委托成都科 技大学水利系进行试验，全部试验工作于九一年二月中旬结束,三 月提交了试验报告。由于界面摩擦试验系采用中型直剪仪进行直剪试验,尺寸较小,为验证试验成果，我们又在施工现场补作 了自然休止角试验。 为进行复合土工腹施工工艺试验F将一期上游渡汛围堰的剖 面设计成与二期上游渡汛围堰剖面相似,也采用覆面复合土工 膜防渗结构,其施工工艺基本上模拟二期上游围堰,以便复合土 工膜工艺试验成果能直接应用于二期上

3、游围堰。 2 2 复合土工膜力学特性试验研究复合土工膜力学特性试验研究 2.1复合土工膜强度及延伸率试验 对选定的甲型复合土工膜进行了母材及粘结接缝两种情况的 抗拉、顶破、撕裂强度试验,并测定破坏时的极限延伸率。 试验分原状复合膜（即母材)和粘结接缝两种。 接缝粘接长度5cm，土工织物面用LDJ-246胶粘接， PVC膜用 PVC软胶粘结。原拟用湖北大学生生产的HB-PVC软胶粘结，但 粘接效果不好,后又改用广州东风化工厂生产的施能牌PVC软胶 粘结。粘接接头如图1所示:所有强度试验均在SHIMADZU万能材料机上进行，自制夹具。夹具尺寸以及拉、顶、撕速度均参照“土工织物测试方法参考 标准”。

4、 2.1.l 抗拉强度及延伸试验 2.1.1.1试验尺寸、拉伸速度采取值方法 进行了纵向（卷材长度方向）及横向（垂直卷材长度方向） 取样,试验分宽条（宽20cm ）及窄条(宽5cm)两种,夹具问试样 长度均为l0cm其中5cm为粘结接头,其余5cm为原状复合土工膜。 纵向、横向拉伸速度均为50mm/min。每种试验情况（纵向、横 向、母材、站结接头共四种组合)均采用几个试样抗拉强度峰 值的平均值及其巾对应的延伸率平均值。 2.1.1.2 拉伸试验中试件性状描述 在复合膜母材拉伸过程中,织物和主膜侧向收缩量不同，织 物侧向收缩量比主膜大,宽条试样达峰值时,主膜侧向收缩4cm, 织物侧向收缩达7c

5、m。由于主膜与织物的侧向收缩及延伸率相 差太大，达峰值强度时,织物与主膜分离,两侧织物很快拉断, 峰值强度约6000N，延伸率约35%-1900%,继续拉伸时，主膜强度约1600N-1900N，主膜断裂时远伸率达180-220%。 粘结接头宽条试样拉伸性状有以下特点: 粘结接头的抗拉强度取决于接头处织物粘结牢固程度，这与 粘结方法、粘胶性质、刷胶方法及粘结长度等因素有关。采用 5cm粘结长度， LDJ-246胶粘结织物时纵横向接头试件的抗拉 强度平均值,基本能达到母材强度。 由于粘结接头影响,接头处为双层受拉，伸长变形及侧向收 缩均较小，峰值强度时,纵向伸长率平均值为38%，不到母材纵 向伸长

6、率85%一半，横向伸长率平均值为50%,为母材横向伸长 率的58%。 织物与主膜侧向收缩差值减少,织物侧收缩量仅比主膜大 16mm。 2.1.2 顶破强度试验 2.1.2.1圆球顶破试验环形夹具内径45mm,磨光小球直径25mm,顶杆速率30mm/min, 采用10个试样顶破峰值的平均值作为顶破强度值。 母材最小顶破峰值为3320N,最大峰值为3760N,平均值为 3500N,顶杆位移量(复合膜顶破变形量)25mm左右,两层织物顶 破;顶杆位移28mm左右,然后主膜顶破,主膜顶破强度800N。 粘结接头处最小顶破峰值6120N,最大峰值6680N,平均值为 6485N。因为圆球顶破夹具内径仅4

7、5mm 全为粘结接头,实际厚 度相当于两倍母材,所以顶破强度也接近母材顶破强度的两倍。2.1.2.2 平头顶破试验 环形夹具内径150mm,平头顶杆直径50mm,顶破速率60mm/min, 采用10个试样顶破峰值强度平均值作为顶破强度。 母材顶破强度最大峰值强度6400N,最小峰值强度4500N,平均 值5500N。顶杆位移量59mm左右时(相应于峰值强度)两层织物 顶破;顶杆位移量67mm左右时,主膜顶破,主膜顶破强度约 3000N。 粘结接头处平头顶破最大峰值强度10600N,最小峰值强度 8700N。峰值强度时,顶杆位移量70mm左右,织物与主膜很快同 时顶破。由于粘结接头处的厚度较母材

8、厚,所以其顶破强度也 较母材高。 2.1.3 梯形撕裂强度试验 试样为等腰梯形,上底25mm,下底l00mm,高75mm,在上底中部 沿高度方向开15mm剪口如图2所示。夹具夹在梯形不平行的两边,拉伸速率50mm/min,使试件沿剪 口方向撕裂。纵横向均采用5个试样撕裂强度平均值作为撕裂 强度 母材纵向撕裂强度最大值900N,最小值800N,平均值868N。母 材横向撕裂强度最大值1000N,最小值620N,平均值828N。 粘结接头处纵向撕裂强度最大值1500N,最小值138ON.平均值 1460N。横向撕裂强度最大值1560N, 最小值1460N。平均值1510N。 因为粘结接头处的厚度为

9、母材的两倍,因而其撕裂强度也接 近母材的两倍。 复合土工膜的抗拉、顶破、撕裂 强度试验成果汇总于表1 表表1 1 复合土工膜强度试验汇总表复合土工膜强度试验汇总表 3 3 复合土工膜施工工艺试验复合土工膜施工工艺试验 利用导流明渠进口渡汛围堰（即一期上游渡汛围堰)作复合 土工膜施工工艺试验,因此,采用覆盖式复合土工膜将此围堰的 防渗结构设计与二期上游围堰完全相同,其剖面如图7所示。3.1 一期上游渡汛围堰堰体施工 91年4月15日开始填筑堰体,填料为页岩弃渣,汽车来料、推 土机平料,不洒水填料层厚0.8m,重型振动碾有振碾压4遍,堰体 压实较密实。4月底填筑至498设计高程(堰高l3m)用推土

10、机削 上游坡。原计划在上游面设置厚0.6m的粒径40mm砂砾料以保证上游玻面平整。但由于明渠底板砼浇筑,不允许从下游来料, 被迫从上游进料,然后挖除施工道路再削坡。由于这种施工方 法工期紧迫只得取消这细垫层料。修改设计通知要求填筑时用 人工拣出粒径80mm的石料,但实际上未能做到这一要求,推土 机削坡后,上游坡面局部地方有大石露头或是凹陷。 尽管如此,从宏观上看,坡面还是比较平顺的。对削坡后的上 游坡面喷一层厚3cm的水泥砂浆垫层,其作用有二: 增加复合膜与堰体上游坡面的摩擦力,也就是增加复合土工 膜的稳定安全度。由室内试验资料知,复合膜与砼之间的摩擦 系数为0.54,而复合膜与砂砾料之间的摩

11、擦系数仅0.39,由此可 见,在1:2的坡面上只有喷一层水泥砂浆才能使复合膜不滑动。 防止在铺设复合膜的过程中,将坡面踩成坑洼不平。如在削 坡后铺设复合膜前下暴雨,也可防止雨水冲刷坡面。总之,喷水 泥砂浆垫层后可使坡面较平整,不变形,从而使复合膜有一个较 完整平顺的支承面。喷水泥砂浆的配合比为1:1(水泥:砂),也 可使用50%的粉煤灰代替部分水泥。喷射作业从上到下,从左到 右依次进行,由拌合楼按配合比拌成干料,汽车运至一期渡讯围 堰前沿。人工装入喷浆机加风水后由喷咀喷射。每台班约可喷 射350m2。喷水泥砂浆后在复合土工膜现场预计粘结接头处,用 水泥砂浆抹 一条宽30cm的光滑平整带以便复合

12、土工膜粘结接头牢固.喷浆 垫层终凝后要求洒水养护三天后方能在其上铺设复合土工膜。 3.2 复合土工膜的施工准备及加工制作 3.2.1 复合土工膜的施工准备工作从无锡塑料厂购买的1500m2复合土工膜,其PVC主膜厚0.8mm, 两层土工织物各为300g/m2幅宽1.15m左右,卷长45-50m到货后 立即取样送成科大作强度复查试验,三个试样取平均值,试验成 果列于表5. 表5 一期渡汛围堰复合土工膜强度试验成果表 宽条抗拉强度及延伸率顶破强度撕裂强度纵向横向圆头N平头N纵向N横向N项目试样强度N延伸率%强度N延伸率%复查样56556855708928425250890951 原样品616085

13、6269210135065500868825 复查样为原样品的%92.58087.5888195.5102.5114.8 设计值6000906000905500850850 复查为设计值的%94.275.691.898.895.5104.7111.8试验结果表明:除撕裂强度外,抗拉强度、延伸率、顶破强度 等重要指标均较原送样品差,也不满足设计要求,这说明该厂生 产的复合膜质量不稳定,且缺少检测控制质量的手段。但由于 到货时间很迟(3月底),为不影响一期渡汛围堰施工,只能采取 这种复合膜。 将四幅复合土工膜（宽度1.15)粘结成宽幅土工膜,粘结宽度 5cm,分三层粘结,上、下两层织物用LDJ-2

14、46胶粘结, PVC主膜 用湖北大学生产的HB-软聚乙烯粘结剂粘结。为培训工人的粘 结技巧和试验粘胶性能,先在室内用小块复合膜进行粘结试验, 试验表明,只要按要求操作LDJ-246胶可将织物粘结牢固,但PVC 主膜用HB-软聚乙烯胶效果很差,按照说明书,该粘剂是单组份 溶剂型,剥离强度0.1MPa,剪切强度0.481MPa(20,固化24 小时),但试件粘结24小时后,用手轻撕就撕开了,目测粘接面也 未溶解PVC主膜,由于该胶液挥发性很强,在粘接过程中挥发变 稠时间延长粘度增加,粘结质量稍好。据称该胶液只对特定的 PVC膜效果好,因为各种PVC的增塑剂不同,因而粘剂的配方也不 同p购买PVC主

15、膜后要送梓品到厂家去作试验据此确定配方。在 成都科技大学试验时用湖北大学生产的这种粘剂粘结PVC膜效 果也差,原来认为是粘剂过期失效,成科大在市场购买的PVC软 胶(广州东风化工厂生产),粘结效果较好。 3.2.2 宽幅复合土工膜加工制作 宽幅复合土工膜拼宽结缝长度5cm,粘结形式见图1。 其粘结顺序及工艺如下:3.2.2.1 使粘结面的织物与主膜分离: 复合膜出厂时己在一侧幅边预留5cm粘结长度,但往往预留长 度不够标准需要将织物与主膜分开,试用了四氢呋喃与丙胴的 混合液(1:1)及只用丙胴两种清洗液,这两种液体浸透织物后均 能使织物与主膜分离,因为四氢呋喃的价格为丙胴的4倍,后来 全部采用

16、丙胴浸透织物,使织物与主膜分离。由于丙胴挥发性 强,浸透织物后要立即撕开织物。 3.2.2.2 对两层织物予涂底胶并随后粘结接缝 因织物的吸胶量很大,要刷两次胶,第一次刷胶在粘结前进行,称 为予涂底胶,先涂底层织物底胶,再涂上层织物底胶,要求粘胶 涂满浸透织物并每隔80cm左右用长3cm的木棍支撑使织物与主 膜隔开,待胶凉干或用碘钨灯烤干后才能取下木棍备用。 要求用30cm宽5cm厚的光滑平整木板兰是在接缝处的下侧,如 为砼地面,且地面平整也可不用木板。垫板铺好后,在下层织物结缝面均匀涂一层胶,凉干或烤干后将下层织物粘结好。随后 用于棉纱头清擦PVC主膜粘结面,在主膜结缝面上均匀涂刷一层 PVC软胶、并立即粘合。紧接着上层织物粘绘画上均匀涂胶、 迅速烤干后将上层织物接缝面粘结好。 3.2.2.3 压缝及堆存 接缝粘结后,用装砂料编织袋迅速压在接头上静置4小时后方 能撤去编织袋。随后将宽幅复合膜幅边的一侧(异向)土工织物 撕开10cm并在织物面上予涂底胸部,然后捆卷堆存。 3.2.2.4 接缝粘结工艺的要点(注意事项) 织物要刷两次胶,底胶要涂